鍋爐汽輪機節(jié)能及運行管理探討

劉 晨

（臨沂市工程咨詢院有限公司， 山東 臨沂 276000）

0 引言

鍋爐汽輪機在運轉(zhuǎn)過程中會消耗大量的能源，并造成環(huán)境污染。在具體的工作中，要根據(jù)實際情況，選擇科學合理的方法，從多個方面進行有效改善，如引進先進的節(jié)能技術、做好日常的運營管理等，確保鍋爐汽輪機在最優(yōu)的工況下運轉(zhuǎn)，從而達到減少鍋爐汽輪機能量消耗的目的，充分發(fā)揮其生產(chǎn)功能，促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 鍋爐汽輪機節(jié)能運行中的現(xiàn)狀問題

鍋爐汽輪機在節(jié)能運行中，主要有以下三個方面的問題。一是鍋爐的熱效率不高。鍋爐汽輪機容量過低，燃燒不完全，從而使其熱效率下降。高溫廢氣更增加了熱能的散失。但在大容量的鍋爐汽輪機中，往往會出現(xiàn)低負荷工作的情況，這樣，不但會造成更多能量消耗，而且燃燒效率會下降，從而導致燃燒條件惡化。二是自動控制技術有待提升。目前，鍋爐汽輪機的自動控制設備利用率不高，許多鍋爐尚未采用運行檢測表。在實際操作中，工作人員不能精確地獲得和掌握有關的數(shù)據(jù)，不能及時針對鍋爐的運行狀況進行調(diào)節(jié)。而且，電機運轉(zhuǎn)也會受到各種因素的影響，造成無謂的能量消耗，降低運行的自動化程度[1]。三是污染嚴重。鍋爐汽輪機在燃料燃燒時會產(chǎn)生大量煙氣，其自身燃燒情況為層燃態(tài)，燃燒效率低下，煙氣溫度在140～150 ℃之間。加之，燃燒不完全，在排放的煙霧中含有大量的CO2、SO2等有害氣體，這些氣體會造成環(huán)境污染，對人類和動植物造成嚴重危害。

2 鍋爐汽輪機節(jié)能技術

2.1 節(jié)能

為了徹底改變鍋爐燃燒體系結(jié)構(gòu)，將鍋爐燃燒體系的改良技術分為分層燃燒、天然氣助燃等。通過將常見的粘土更換成爐拱材料用碳化硅，并調(diào)整爐拱的大小和尺寸，全面設計拱區(qū)區(qū)域，預防爐排漏煤或配風不均等情況。在此基礎上，對鍋爐風腔進行雙側(cè)進風，并在其上設置均流擋板，從而有效解決了風腔與風口的連通方式。除此之外，還可以在夾層中充分利用纖維填充材料，對夾層進行保溫，并涂抹遠紅外涂料，增強高熱輻射能力。采用新型燃煤添加劑，增大灰熔點，避免鍋爐燒焦的問題發(fā)生。

目前，對鍋爐煙氣廢熱利用技術的研究可分成三種，一是利用煙氣廢熱對空氣進行預熱，更好地實現(xiàn)燃料霧化狀態(tài)，從而提高爐內(nèi)的溫度。同時，還可以有效降低排煙表面的損耗。二是利用煙氣廢熱對燃料進行加熱。隨著燃料的不斷升溫，燃料的粘性有了很大的提高，從而在某種意義上避免了燃料進入熔煉過程中出現(xiàn)的霧化現(xiàn)象。當燃料的溫度持續(xù)上升時，爐膛內(nèi)的絕熱燃燒溫度將發(fā)生變化[2]。溫度增加過程中，輻射換熱系數(shù)隨加熱時間的增加而增大，從而保證加熱過程中的傳熱系數(shù)。三是利用煙氣廢熱加熱供水系統(tǒng)。加熱后，爐膛內(nèi)物料總溫度升高，各傳遞熱量間的溫差減小。若能有效控制煙氣余熱的預熱給水，并具有相應的鍋爐入口物質(zhì)，則可對煙氣余熱進行二次利用。同時，還可以使排煙溫度下降，合理應用多余的空氣體系，使鍋爐的熱效率最大化。

2.2 蒸發(fā)冷卻

蒸發(fā)冷卻技術可分為兩類，一類是直接蒸發(fā)冷卻，另一類是間接蒸發(fā)冷卻。蒸發(fā)冷卻設備總體上比較簡單，使用成本并不高。直接蒸發(fā)冷卻有一定的限制，當氣溫高于22 ℃時，制冷的效率就會下降?？沙浞诌x擇干燥、半干燥地區(qū)，或者在加熱和降低溫度的情況下，高效使用蒸發(fā)制冷設備。間接蒸發(fā)冷卻技術主要由一次空氣和二次空氣組成，二者之間以交織的形式進行流動，利用循環(huán)水噴淋，在換熱器的表皮上增加一層水膜，使得空氣和水不會與換熱器直接接觸，并蒸發(fā)膜上層的水，從而有效降低空氣的干體溫度。同時，還可以利用壁面的導熱對空氣進行冷卻。

2.3 風機節(jié)能

風機節(jié)能技術包括變頻調(diào)速技術，在調(diào)速設備方面，主要包括單機控制技術和交流電動機控制技術。在電負載發(fā)生改變的情況下，應采取相應的措施調(diào)節(jié)鍋爐的給煤量、水量及風量等，理解構(gòu)成要素間的關系。另外，還涉及到液力耦合器調(diào)速技術。在實際操作中，主要是通過液體流量調(diào)節(jié)耦合裝置的速度，改變耦合裝置的輸出速度和輸入速度出現(xiàn)，實現(xiàn)節(jié)能減排，確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行[3]。

3 鍋爐汽輪機節(jié)能措施

3.1 改進汽輪機熱力體系

鍋爐汽輪機經(jīng)濟性與熱力系統(tǒng)有比較緊密的聯(lián)系，對熱力系統(tǒng)進行優(yōu)化，既可以改善總體工作特性，又可以減少能量損失，而且綠色環(huán)保。工作人員要根據(jù)鍋爐汽輪機構(gòu)造，采取相應的方法進行最優(yōu)布置，例如，除了中高壓之外，還可以對下缸疏水系統(tǒng)進行改進，有效提升工作效率。

3.2 提高汽輪機運轉(zhuǎn)所需溫度

如果水的溫度太低，能量消耗就會越來越大，從而導致廢氣排放越來越多。操作人員必須按照要求進行作業(yè)，并注意溫度的控制。在日常工作中，要注意管道清潔，防止有異物阻塞管道。在進行下一步工作之前，應先確認加熱器的水位是否合適。工作人員要經(jīng)常檢修加熱爐的銅管，發(fā)現(xiàn)問題并及時處理。

3.3 正確調(diào)控汽輪機的啟動和停機

在鍋爐汽輪機啟動中，應適當調(diào)整輔助裝置的起動時機，盡量降低無謂的疏水性排泄?？梢允褂脵C組啟動旁路系統(tǒng)，也可以使用相應的凝疏管線系統(tǒng)，將啟動過程中的蒸汽壓力控制在2.5～3.0 MPa。通過人工打開真空破壞門，并保持65～70 kPa 的真空狀態(tài)，增加汽輪機蒸汽進入量，改善暖機效率，改善脹差控制，縮短了并網(wǎng)時間[4]。如有必要，則應考慮再循環(huán)使用。為了減少起動時間，可以采用加大起動管道直徑和增加疏水點的方法，從而有效減少暖管時長。針對金屬溫差偏差過大等問題，設計安裝氣缸夾層加熱設備加以改善。在進行升級之前，需要對設備進行詳細的檢查和測試，并對可能發(fā)生的意外情況進行預測，同時，還要在施工現(xiàn)場配備維修人員，以便能夠在最短的時間內(nèi)，對可能發(fā)生的設備故障做出反應。在鍋爐汽輪機停機中，在常規(guī)停機和臨時停機的情況下，可以采用滑動方式停機，這樣既可以使用蒸汽產(chǎn)生的熱量，而且還可以使鍋爐裝置溫度下降，便于設備維修。

3.4 改善運行方法

在對鍋爐汽輪機進行結(jié)構(gòu)改造時，可以通過改變操作方法實現(xiàn)其節(jié)能、降耗的目的。一是通過對鍋爐裝置的進風與出風操作模式進行優(yōu)化，將煙氣余熱和分層燃燒技術結(jié)合起來，提高燃燒的完整性，從而提高燃料的利用率。二是將頻率轉(zhuǎn)換技術應用于鍋爐，有效調(diào)節(jié)燃煤和空氣的流量，從而減少燃煤使用頻率。三是改變循環(huán)水泵的運轉(zhuǎn)模式，可以有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)負載。在相同的壓力下，隨著循環(huán)水流量的提高，單元受力增大，能量消耗增大。生產(chǎn)廠家要合理調(diào)整單元負載，使其受力符合規(guī)范，使單元附加價值和循環(huán)水泵附加價值之差最大化，從而減少單元的運轉(zhuǎn)能量消耗。四是在加熱爐中，水位和水溫的關系更加緊密，當端差最小時，水位最為合理，熱損耗也會變得最小。企業(yè)可以在加熱爐中安裝溫度傳感器和溫控設備，傳感器能夠精確地收集到各種部位的溫度。通過與PLC的控制系統(tǒng)相配合，有效調(diào)整加熱爐的溫度，從而使端差達到最低，減少能量消耗。五是在改善抽氣裝置運轉(zhuǎn)模式時，需配合周圍的溫度作相應調(diào)節(jié)。在夏天的高溫環(huán)境下，抽氣裝置工作效率低下，能源消耗大。因此，要對抽氣裝置液體溫度和周圍溫度進行嚴格控制，使用低溫冷卻水降低液體溫度，使用空調(diào)系統(tǒng)降低周圍溫度。

4 鍋爐汽輪機節(jié)能運行管理對策

4.1 改進、優(yōu)化有關管理系統(tǒng)

完善的規(guī)章制度能夠?qū)Σ僮髡叩男袨樾纬捎行У闹萍s，因此，要建立一套完整的鍋爐汽輪機運行管理規(guī)章制度，保證設備正常運轉(zhuǎn)。企業(yè)應根據(jù)自身的實際裝備狀況，建立并實施責任制，明確每個人的工作職責。同時，還要對員工進行培訓，使員工能準確掌握設備性能、參數(shù)和日常管理中的關鍵點，為實現(xiàn)鍋爐汽輪機持續(xù)高效運行打下堅實的基礎。在此基礎上，建立并完善相應的連帶責任體系，進一步強化相關人員的安全生產(chǎn)責任意識，確保每道生產(chǎn)工序安全穩(wěn)定進行。在生產(chǎn)過程中，一旦發(fā)生故障，不但要追究操作者的負責，各部門主管也要負連帶責任。除此之外，成立鍋爐汽輪機監(jiān)控團隊，由組長對鍋爐汽輪機組監(jiān)控進行統(tǒng)籌安排，副組長進行督促和督導，監(jiān)控員在組長、副組長帶領下，完成鍋爐汽輪機監(jiān)控[5]。系統(tǒng)中所要求的監(jiān)控項目有振動監(jiān)控、葉片監(jiān)控、載荷監(jiān)控和閥門監(jiān)控等。如在進行震動監(jiān)控時，遇到突然發(fā)生的強烈震動，如果震動超出緊急停機的條件，就需要立刻進行緊急停機，尋找到震動的根源，在解決震動問題之后，才能重新啟動鍋爐汽輪機。對于那些數(shù)值逐步增大，但是還沒有達到緊急停機要求的異常震動，監(jiān)控人員需要對鍋爐汽輪機真空狀態(tài)、工作液溫度、膨脹及膨差和潤滑油溫度等進行全方位的檢測，將這些異常的參數(shù)調(diào)節(jié)到一個標準的范圍內(nèi)，從而使鍋爐汽輪機組重新回到正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。同時，要向主管部門報告以上工作情況，為主管部門制定防治措施提供依據(jù)。

4.2 加強日常管控

要安排專人全天候監(jiān)督管控鍋爐汽輪機的運行情況，否則，若發(fā)生突然停機，很容易導致設備失效。鍋爐運行中存在著一定程度的升溫現(xiàn)象，鍋爐汽輪機并網(wǎng)時間較長，會消耗大量能源。要想減少能耗，就必須縮短起動時間，同時，又不會危及到裝置安全運轉(zhuǎn)。將側(cè)壓設定為4 MPa 并打開，再通過人工操作開啟真空破壞門，使其保持在-60～-50 kPa 的范圍內(nèi)，從而提高起動速率，增加水蒸氣輸出，減少起動時能耗。在機組停止運行時，宜采取滑差參數(shù)停止方式，此方式不僅可降低鍋爐汽輪機溫度，而且還可以更好地利用廢熱。在設備停止運轉(zhuǎn)后，要對設備零件、凝結(jié)器等進行檢查，對灌水漏水、真空密封性等問題進行全面檢查，確保設備能夠正常運轉(zhuǎn)。除此之外，還要增強對日常裝備的常態(tài)化監(jiān)督管控，把閥門內(nèi)漏當作每日檢查的重點，在起動裝置之前，必須對疏水閥進行密封檢驗，以保證其處于最佳狀態(tài)。

4.3 重點把握汽輪機的運行要點

重點把握汽輪機的運行要點，具體從以下三個方面展開。一是對鍋爐汽輪機供水水溫進行嚴格調(diào)控，同時，對加熱設備進行經(jīng)常性保養(yǎng)，保證各個元件的密封性，使其能夠達到鍋爐汽輪機系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而保證整個鍋爐汽輪機系統(tǒng)的熱量交換與傳熱。二是要及時修復高加筋管道的漏水部位，如果漏水比較厲害，則要進行替換。此外，為了防止水垢太厚會降低高加筋管內(nèi)的傳熱效果，要經(jīng)常使用噴霧或化學藥劑進行清洗。三是保證凝結(jié)器的真空度，保證裝置正常運行，降低煤耗。要做好日常維護工作，確保凝結(jié)器真空度滿足裝置操作需要。同時，要清理凝結(jié)器內(nèi)的結(jié)垢，避免結(jié)垢對換熱效率造成不利影響。

5 結(jié)語

在鍋爐汽輪機運行中應用節(jié)能技術已然成為必然趨勢，在應用節(jié)能技術和節(jié)能措施的同時，要加強常態(tài)化監(jiān)測管控，定期檢查維修設備，確保設備安全穩(wěn)定運行。